2018-2019高中物理 第二章 恒定電流 2.5 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、5焦耳定律,一、電功和電功率,自由電荷,電流,IUt,IU,焦耳,J,瓦特,瓦,W,電能,做功,的快慢,,二、焦耳定律1.內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟_____________成正比，跟___________及_________成正比。2.表達式：Q=____。3.熱功率：(1)定義：單位時間內(nèi)的_______。,電流的二次方,導體的電阻,通電時間,I2Rt,發(fā)熱量,(2)公式：P熱=___，單位：________。(3)物理意義：表示電流_________的物理量。,I2R,瓦特(W),發(fā)熱快慢,,【思考辨析】(1)電流做功越多，電功率越大。()(2)電功率越大，電流做功越多。()(3)電

2、流做功的過程實質(zhì)上是靜電力做功的過程。()(4)熱功率一定等于電功率。()(5)在任何電路中都可以用Q=I2Rt求電熱。(),,提示：(1)。根據(jù)電功率公式P=可知，在相等時間內(nèi)電流做功越多，電功率才越大。(2)。電功率的大小表示做功快慢，不表示做功多少。(3)√。電流做功實質(zhì)上是靜電力做功。,,(4)。只有在純電阻電路中熱功率等于電功率，非純電阻電路中熱功率小于電功率。(5)√。在任何電路中都可以用焦耳定律Q=I2Rt求電熱。,,【生活鏈接】如圖所示，通電后，電風扇消耗電能，那么你知道電能都轉(zhuǎn)化成了什么能量嗎？提示：電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和機械能。,知識點一電功和電熱的比較探究導入：如圖所示的電吹風

3、和電熨斗都是通過電流做功進行工作的電器。,,(1)電吹風工作時，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？(2)電熨斗工作時，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？提示：(1)電吹風工作時，將電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能。(2)電熨斗工作時，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。,,【歸納總結(jié)】1.純電阻電路和非純電阻電路：(1)常用的電燈泡、電爐子等為純電阻電路。電動機、電解槽等為非純電阻電路。(2)純電阻電路服從歐姆定律，而非純電阻電路不完全服從歐姆定律。,,(3)純電阻電路電流做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，而非純電阻電路，電流做功將電能一部分轉(zhuǎn)化為電熱，一部分轉(zhuǎn)化為機械能或其他形式的能。,,2.電功與電熱：,,3.電功率與熱功率：,,【典題通關(guān)】【典例】

4、有一個直流電動機，把它接入0.2V電壓的電路時，電動機不轉(zhuǎn)，測得流過電動機的電流是0.4A。若把它接入2V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1A。(1)求電動機正常工作時的輸出功率。(2)若在正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率為多大？,,【正確解答】(1)電動機不轉(zhuǎn)時，說明電動機無機械能輸出，它消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時電動機可看作純電阻電路，則R==0.5Ω當電壓為2V、電流為1A時，電動機正常工作，有機械能輸出，此時電動機為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機械能和內(nèi)能之和。,轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱=I2R=0.5W總功率P總=UI=2W，則輸出功率P出=P總-P熱=1

5、.5W。(2)若在電動機正常工作時被卡住，電動機無機械能輸出，看作純電阻電路，此時的電熱功率為P熱′=W=8W。答案：(1)1.5W(2)8W,,【規(guī)律方法】電功、電熱的計算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器。(2)分析各用電器之間的連接方式，對純電阻電路，計算時可以利用串聯(lián)電路的分壓特點或并聯(lián)電路的分流特點。,,(3)由所求問題選取合適的公式，在非純電阻電路中計算電功只能用W=UIt，計算電熱只能用Q=I2Rt。歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用。(4)對于含電動機的電路，電動機轉(zhuǎn)動時是非純電阻用電器，電動機不轉(zhuǎn)動時是純電阻用電器。,,【過關(guān)訓練】微型吸塵器的直

6、流電動機的內(nèi)阻一定，為1Ω，當加在它兩端的電壓為2.0V時，電流為0.8A，且能正常工作，求：(1)它的額定輸入功率多大？(2)工作時由導線發(fā)熱損失的功率多大？(3)它的最大輸出功率多大？,,【解析】(1)電動機的額定輸入功率為P額=UI=2.00.8W=1.6W。(2)電動機的發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.8)21W=0.64W。(3)根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒，電動機的最大輸出功率為P出=P額-P熱=(1.6-0.64)W=0.96W。答案：(1)1.6W(2)0.64W(3)0.96W,,【補償訓練】1.把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的

7、時間之比t串∶t并為()A.1∶1B.2∶1C.4∶1D.1∶4,,【解析】選C。設(shè)每根電熱絲電阻為R，則R串=2R，R并=。由Q=W=t得t串∶t并=4∶1。,,2.圖中虛線框內(nèi)是一未知電路，測得它的兩端點a、b之間電阻是R，在a、b之間加上電壓U，測得流過電路的電流為I，則未知電路的電功率一定是()A.I2RB.C.UID.UI-I2R,,【解析】選C。選項A、B的表達式只適用于純電阻電路，D項表達式表示在非純電阻電路中的輸出功率，虛線框中不知道是哪種元件，功率P=UI總是適用的，C選項正確。,,知識點二串、并聯(lián)電路中電功率的分析與計算探究導入：1.將額定電壓均為1.5V，額定功率分別為0

8、.3W和0.5W的小燈泡A、B串聯(lián)起來接在電壓為U的電源上，兩燈均發(fā)光，則兩燈泡哪一個較亮？,,提示：由P=得R=，故A、B兩燈的電阻分別為7.5Ω和4.5Ω，將它們串聯(lián)起來接入電路后通過兩燈的電流相等，由P=I2R可知，A燈較亮。,,2.標有“220V40W”的白熾燈泡和“220V40W”的電動機，把它們并聯(lián)后接到220V的照明電路中，二者都能正常工作，它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？,,提示：不相同。電動機和燈泡消耗的電能相同，電動機有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱，另一部分轉(zhuǎn)化為機械能；燈泡消耗的電能幾乎全部轉(zhuǎn)化為電熱。,,【歸納總結(jié)】串、并聯(lián)電路中電功率的比較,,,【典題通關(guān)】【典例】(多選

9、)如圖所示，電阻R1=20Ω，電動機線圈的電阻R2=10Ω。當電鍵打開時，電流表的示數(shù)是0.5A，當電鍵合上后，電動機轉(zhuǎn)動起來，電路兩端的電壓不變，電流表,的示數(shù)I和電路消耗的電功率應(yīng)是()A.I=1.5AB.I<1.5AC.P=15WD.PR2，所以I2<=1A。電流表的示數(shù)I=I1+I2<1.5A，故A錯誤、B正確。電路總功率為P=U(I1+I2)<15W，故C錯誤、D正確。,,【規(guī)律方法】含電動機電路的功率計算方法含電動機電路是非純電阻電路，相關(guān)各功率的計算總結(jié)如下：(1)輸入功率：也叫電動機的總功率，由電動機電路的電流和電壓決定，計算公式：P總=UI。(2)發(fā)熱功率：電動機線圈上有電阻

10、，電流通過線圈時要產(chǎn)生內(nèi)能，發(fā)熱功率：P熱=I2r。,,(3)輸出功率：電動機做有用功的功率。如圖所示，對于勻速上升的物體，發(fā)動機的輸出功率：P出=mgv。,,(4)功率關(guān)系：P總=P出+P熱。(5)電動機的效率：η=100%。,,【過關(guān)訓練】1.在高速公路隧道內(nèi)兩側(cè)的電燈泡不易更換，為了延長電燈泡的使用壽命，一個接口處通常安裝兩個完全相同的燈泡，下列說法正確的是(),,A.兩個燈泡串聯(lián)B.兩個燈泡并聯(lián)C.每個燈泡實際消耗的功率是其額定功率的四分之一D.每個燈泡實際消耗的功率小于其額定功率的四分之一,,【解析】選A。兩個燈泡串聯(lián)，每個燈泡承受的電壓為U=V=110V，低于額定電壓，燈泡不易損壞

11、，故A正確；兩個燈泡并聯(lián)，每個燈泡承受的電壓為U=220V，仍等于燈泡的額定電壓，燈泡正常工作，不能延長電燈泡的使用壽命，故B錯誤；由P=，兩個燈泡串聯(lián)時，U變?yōu)樵瓉淼模捎跓艚z較正常發(fā)光時,,溫度偏低，故燈絲電阻較正常發(fā)光時小，所以每個燈泡實際消耗的功率大于其額定功率的四分之一，故C、D錯誤。,,2.(多選)用如圖所示的實驗電路研究微型電動機的性能。當調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻R使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I1=0.5A和U1=2.0V；重新調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻R使電動機正常轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I2=2.0A和U2=24V。則(),,A.微型電動機內(nèi)線圈電阻為R線=

12、4.0ΩB.微型電動機內(nèi)線圈電阻為R線=12ΩC.電動機正常轉(zhuǎn)動時輸出的機械功率為P機=48WD.電動機正常轉(zhuǎn)動時輸出的機械功率為P機=32W,,【解析】選A、D。當電動機停止轉(zhuǎn)動時，相當于一個純電阻元件，根據(jù)歐姆定律可知電動機內(nèi)線圈的電阻R線==4.0Ω，所以A正確、B錯誤；當電動機正常轉(zhuǎn)動時，電動機消耗的電功率P=U2I2=48W，電動機內(nèi)線圈消耗的熱功率P線′=R線=16W，故電動機輸出的機械功率P機=P-P線′=32W，故C錯誤、D正確。,,【補償訓練】電阻R1、R2的I-U圖象如圖所示，則下列說法正確的是(),,A.R1∶R2=3∶1B.將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則電壓比U1∶U

13、2=1∶3C.將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則電流比I1∶I2=1∶3D.將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則功率比P1∶P2=1∶3,,【解析】選B。由I-U圖象可知R1∶R2=∶=1∶3，選項A錯誤；將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則通過兩電阻的電流相等，由歐姆定律U=IR可得U1∶U2=R1∶R2=1∶3，選項B正確；將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則兩電阻兩端的電壓相等，由歐姆定律I=可得I1∶I2=R2∶R1=3∶1，由P=可得P1∶P2=R2∶R1=3∶1，故選項C、D錯誤。,,【拓展例題】考查內(nèi)容：電功率綜合應(yīng)用問題【典例】一輛電動自行車的銘牌上給出了如表的技術(shù)參數(shù)：,,質(zhì)量為M=70kg的人騎此電動自行車沿平直公路行駛，所受阻力F阻恒為車和人總重的k=0.02倍。g取10m/s2，求：(1)此車電機的內(nèi)阻。(2)在電機正常工作時，人騎車行駛的最大速度。,,【正確解答】(1)由表可知，電機的輸出功率為P出=120W，額定電壓為U0=40V，額定電流為I0=3.5A電機正常工作時輸入功率：P入=U0I0=403.5W=140W設(shè)電機的內(nèi)阻為r，則由歐姆定律知：P入-P出=r解得r=1.63Ω,(2)設(shè)車的質(zhì)量為m，由題意知，行駛時所受阻力：F阻=k(M+m)g，當達到最大速度vm時，有P出=F阻vm解得vm=6m/s答案：(1)1.63Ω(2)6m/s,